EP1099828A2 - Verfahren zum Anschwingen eines elektromagnetischen Aktuators - Google Patents

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EP1099828A2
EP1099828A2 EP00121922A EP00121922A EP1099828A2 EP 1099828 A2 EP1099828 A2 EP 1099828A2 EP 00121922 A EP00121922 A EP 00121922A EP 00121922 A EP00121922 A EP 00121922A EP 1099828 A2 EP1099828 A2 EP 1099828A2
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EP
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spring
voltage
armature
frequency
mass system
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Konrad Dr. Reif
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/0318—Processes

Definitions

  • the invention relates to a method for oscillating a switching element, in particular an internal combustion engine lift valve, actuating electromagnetic Actuator, in which an acting on the switching element Armature oscillating between two electro-magnetic coils the force of at least one return spring by alternating energization of the Electromagnetic coils is moved so that the switching element with the armature and the return springs an oscillating spring-mass system represents, and starting from the idle state of the system in which the armature of the return springs is essentially in the middle between this magnetic coils is held to swing this spring-mass system the electro-magnetic coils alternately by applying electrical alternating voltage can be excited by a certain frequency.
  • EP 0 118 591 B1 reference is made to the technical environment DE 33 07 070 C2 referenced.
  • an electromagnetic actuator with the features of claim 1 is the electromagnetically actuated valve train of internal combustion engines, i.e. the gas exchange stroke valves of a reciprocating piston internal combustion engine are desired by such actuators Actuated wise, i.e. oscillatingly opened and closed.
  • the electromagnetically actuated valve train are the globe valves individually or in groups via electromechanical actuators, the so-called Actuators moved, the time for opening and closing each stroke valve can be chosen essentially completely freely.
  • the valve timing of the internal combustion engine can be optimally matched to the current one Operating status (this is defined by speed and load) and on the respective requirements with regard to consumption, torque, emissions, Comfort and responsiveness of a driven by the internal combustion engine Be adapted to the vehicle.
  • the essential components of a known actuator for actuating the lift valves of an internal combustion engine are an armature and two electromagnets for holding the armature in the "lift valve open” or “lift valve closed” position with the associated solenoid coils, and also return springs for the movement of the armature between the positions "lift valve open” and “lift valve closed”.
  • FIG. 1 shows such an actuator with an associated lift valve in the two possible end positions of the lift valve and actuator armature, and the course of the armature stroke between the two states or positions of the actuator / lift valve unit shown z or armature path between the two solenoid coils over time t is shown in simplified form.
  • FIG. 1 the closing process of an internal combustion engine lift valve is shown, which is designated by the reference number 1 and which in this case moves in the direction of its valve seat 30.
  • a valve closing spring or first return spring 2a acts on this lifting valve 1, furthermore the actuator designated in its entirety with 4 acts on the stem of the lifting valve 1 - here with the interposition of a (not absolutely necessary) hydraulic valve lash compensation element 3.
  • this consists of a push rod 4c acting on the stem of the lift valve 1, which carries an armature 4d which is guided in an oscillating, longitudinally displaceable manner between the electromagnetic coils 4a, 4b.
  • a valve opening spring or second return spring 2b also acts on the end of the push rod 4c facing away from the stem of the lifting valve 1.
  • Is on the left 1 shows the first end position of this oscillatory system, in which the lift valve 1 is fully open and the armature 4d on of the lower electromagnetic coil 4b.
  • On the right is in Figure 1 second end position of the vibratory system shown, in which the lift valve 1 is completely closed and the armature 4d on the upper one Electromagnetic coil 4a is present. It is in these two end positions the armature 4d by suitable excitation or de-excitation of the respective magnetic coils 4a, 4b moves.
  • the armature 4d When the system is idle, i.e. if none of the solenoids 4a, 4b is excited, the armature 4d is located substantially in the middle between the two solenoids 4a, 4b and is suitable in this position by the designed return springs 2a, 2b held. Starting from this Rest position must be required for this system to operate, i.e. For a desired oscillating actuation of the lift valve 1 the whole Spring mass system can be swung.
  • the object of the present invention is to provide a remedial measure for the problems described.
  • the solution to this problem is characterized in that an essentially sinusoidal or similar AC voltage is applied to the electro-magnetic coils instead of the previously generally substantially rectangular shape of the AC voltage over time, either in the form of a variable one constant voltage curve or in the form of a corresponding changeable pulse width modulated voltage curve.
  • Advantageous further developments are included in the subclaims.
  • the voltage profile of the exciting AC voltage ie alternating voltage applied to the two electromagnetic coils at a certain frequency
  • the present invention proposes an essentially sinusoidal or similar course of the applied alternating voltage U, as is shown by way of example in FIG. 2a over time t. This can be a constant voltage curve (as in FIG.
  • electromagnetic actuator according to the preamble of claim 1 not more with periodic rectangular voltage pulses and also not more absolutely to excite with the natural frequency of the spring-mass system, but a suitable input signal with a non-linear one Vibration system adapted periodic course - essentially a sinusoidal or similar course that is changeable - to use for swinging.
  • the amplitude or pulse width duty cycle of the selected course of the AC voltage results derive from the theory of anharmonic vibrations (and generally does not match the natural frequency of the spring-mass system match).
  • the frequency of the overall system generally depends on the amplitude of vibration, so that consequently the frequency of the AC voltage depending on the Vibration amplitude of the armature can be changed.
  • the damping contained in the entire actuator Spring-mass vibrator can be temperature-dependent, in particular if viscosity influences one with part of the overall system lubricating oil coming into contact play a role. This results in a Shift of the system resonance frequency, with the result that the electromagnetic actuator at different ambient temperatures must be swung at different frequencies or only with different frequencies can be swung up. When determining the frequency of the proposed periodic, substantially sinusoidal AC voltage can therefore influence such temperatures be taken into account. This leads to an unnecessarily high energy consumption of the avoided electromagnetic actuator.
  • the changeable, essentially sinusoidal or similar stimulating AC voltage to the following further thought Be taken into account. It is even based on it of the linear spring-mass system desirable that when starting with a periodic adapted to the vibratory system Force course is excited.
  • the one already mentioned and shown in FIG. 3 previous rectangular course of the AC voltage has accordingly a Fourier analysis has a relatively high harmonic content, so that in particular also on a real actuator, which as already explained represents a highly nonlinear system, possibly undesirable Harmonics are excited in the actuator, so that the Energy consumption is unnecessarily high.
  • the waveform or sine shape of the exciting voltage to be chosen such that the fundamental vibration alone, but not one Harmonics of the spring-mass system is excited.
  • the method according to the invention is thus characterized in particular by a lower energy consumption and thus a lower need electrical power.
  • to start the Actuator requires fewer amplitudes, although it should also be pointed out that of course details, for example, of the actuator actually used deviating from the above description or from the simplified figure representation can be without leaving the content of the claims.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anschwingen eines ein Schaltelement, insbesondere ein Brennkraftmaschinen-Hubventil, betätigenden elektromagnetischen Aktuators, in welchem ein auf das Schaltelement einwirkender Anker oszillierend zwischen zwei Elektro-Magnetspulen jeweils gegen die Kraft zumindest einer Rückstellfeder durch alternierende Bestromung der Elektromagnet-Spulen bewegt wird, so daß das Schaltelement mit dem Anker und den Rückstellfedern ein schwingungsfähiges Feder-Masse-System darstellt, und wobei ausgehend vom Ruhezustand des Systems, in welchem der Anker von den Rückstellfedern im wesentlichen in der Mitte zwischen diesen Magnetspulen gehalten wird, zum Anschwingen dieses Feder-Masse-Systemes die Elektro-Magnetspulen abwechselnd durch Beaufschlagung mit elektrischer Wechsel-Spannung von bestimmter Frequenz erregt werden. Erfindungsgemäß wird anstelle des bisher üblichen im wesentlichen rechteckförmigen Verlaufes der Wechsel-Spannung über der Zeit eine im wesentlichen sinusförmige Wechsel-Spannung an die Elektro-Magnetspulen angelegt, und zwar entweder in Form eines veränderbaren stetigen Spannungsverlaufes oder in Form eines entsprechenden veränderbaren pulsweitenmodulierten Spannungsverlaufs, da hiermit weitere Einflußfaktoren berücksichtigt werden können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anschwingen eines ein Schaltelement, insbesondere ein Brennkraftmaschinen-Hubventil, betätigenden elektromagnetischen Aktuators, in welchem ein auf das Schaltelement einwirkender Anker oszillierend zwischen zwei Elektro-Magnetspulen jeweils gegen die Kraft zumindest einer Rückstellfeder durch alternierende Bestromung der Elektromagnet-Spulen bewegt wird, so daß das Schaltelement mit dem Anker und den Rückstellfedern ein schwingungsfähiges Feder-Masse-System darstellt, und wobei ausgehend vom Ruhezustand des Systems, in welchem der Anker von den Rückstellfedern im wesentlichen in der Mitte zwischen diesen Magnetspulen gehalten wird, zum Anschwingen dieses Feder-Masse-Systemes die Elektro-Magnetspulen abwechselnd durch Beaufschlagung mit elektrischer Wechsel-Spannung von bestimmter Frequenz erregt werden. Zum technischen Umfeld wird neben der EP 0 118 591 B1 auf die DE 33 07 070 C2 verwiesen.
Ein bevorzugter Anwendungsfall für einen elektromagnetischen Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ist der elektromagnetisch betätigte Ventiltrieb von Brennkraftmaschinen, d.h. die Gaswechsel-Hubventile einer Hubkolben-Brennkraftmaschine werden von derartigen Aktuatoren in gewünschter Weise betätigt, d.h. oszillierend geöffnet und geschlossen. Bei einem derartigen elektromechanischen Ventiltrieb werden die Hubventile einzeln oder auch in Gruppen über elektromechanische Stellglieder, die sog. Aktuatoren bewegt, wobei der Zeitpunkt für das Öffnen und das Schließen jedes Hubventiles im wesentlichen völlig frei gewählt werden kann. Hierdurch können die Ventilsteuerzeiten der Brennkraftmaschine optimal an den aktuellen Betriebszustand (dieser ist durch Drehzahl und Last definiert) sowie an die jeweiligen Anforderungen hinsichtlich Verbrauch, Drehmoment, Emissionen, Komfort und Ansprechverhalten eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges angepaßt werden.
Die wesentlichen Bestandteile eines bekannten Aktuators zur Betätigung der Hubventile einer Brennkraftmaschine sind ein Anker sowie zwei Elektromagnete für das Halten des Ankers in der Position "Hubventil offen", bzw. "Hubventil geschlossen" mit den zugehörigen Elektromagnet-Spulen, und ferner Rückstellfedern für die Bewegung des Ankers zwischen den Positionen "Hubventil offen" und "Hubventil geschlossen". Hierzu wird auch auf die beigefügte Figur 1 verwiesen, die einen derartigen Aktuator mit zugeordnetem Hubventil in den beiden möglichen Endlagen des Hubventiles und Aktuator-Ankers zeigt, und wobei zwischen den beiden gezeigten Zuständen bzw. Positionen der Aktuator-Hubventil-Einheit der Verlauf des Ankerhubes z bzw. Ankerweges zwischen den beiden Elektromagnet-Spulen über der Zeit t vereinfacht dargestellt ist.
Wie ersichtlich ist in Figur 1 der Schließvorgang eines Brennkraftmaschinen-Hubventiles dargestellt, welches mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet ist und welches sich hierbei in Richtung auf seinen Ventilsitz 30 bewegt. Wie üblich greift an diesem Hubventil 1 eine Ventilschließfeder bzw. erste Rückstellfeder 2a an, ferner wirkt auf den Schaft des Hubventiles 1 - hier unter Zwischenschaltung eines (nicht unbedingt erforderlichen) hydraulischen Ventilspielausgleichselementes 3 - der in seiner Gesamtheit mit 4 bezeichnete Aktuator ein. Dieser besteht neben zwei Elektromagnet-Spulen 4a, 4b aus einer auf den Schaft des Hubventiles 1 einwirkenden Stößelstange 4c, die einen Anker 4d trägt, der zwischen den Elektromagnet-Spulen 4a, 4b oszillierend längsverschiebbar geführt ist. Am dem Schaft des Hubventiles 1 abgewandten Ende der Stößelstange 4c greift ferner eine Ventilöffnungsfeder bzw. zweite Rückstellfeder 2b an.
Hierbei handelt es sich somit um ein schwingungsfähiges Feder-Masse-System, für welches die Ventilschließfeder 2a und die Ventilöffnungsfeder 2b eine erste sowie eine zweite Rückstellfeder bilden, für welche folglich im weiteren ebenfalls die Bezugsziffern 2a, 2b verwendet werden. Linksseitig ist in Figur 1 die erste Endposition dieses schwingungsfähigen Systems dargestellt, in welcher das Hubventil 1 vollständig geöffnet ist und der Anker 4d an der unteren Elektromagnet-Spule 4b anliegt. Rechtsseitig ist in Figur 1 die zweite Endposition des schwingungsfähigen Systems dargestellt, in welcher das Hubventil 1 vollständig geschlossen ist und der Anker 4d an der oberen Elektromagnet-Spule 4a anliegt. In diese beiden Endpositionen wird dabei der Anker 4d durch geeignete Anregung bzw. Entregung der jeweiligen Magnetspulen 4a, 4b bewegt.
Im Ruhezustand des Systems, d.h. wenn keine der Magnetspulen 4a, 4b erregt ist, befindet sich der Anker 4d im wesentlichen in der Mitte zwischen den beiden Magnetspulen 4a, 4b und wird in dieser Position durch die geeignet ausgelegten Rückstellfedern 2a, 2b gehalten. Ausgehend von dieser Ruheposition muß für einen gewünschten Betrieb dieses Systems, d.h. für eine gewünschte oszillierende Betätigung des Hubventiles 1 das gesamte Feder-Masse-System angeschwungen werden.
Ein mögliches Verfahren zum Anschwingen dieses Feder-Masse-Systemes ist in der eingangs zweitgenannten DE 33 07 070 C2 beschrieben. Auch dort wird der elektromagnetische Aktuator mit dem Hubventil sowie mit den Rückstellfedern als ein mechanisches Feder-Masse-System aufgefaßt und es werden die beiden Elektro-Magnetspulen mit periodischen Stromimpulsen beaufschlagt, wobei für die Frequenz der erregenden periodischen Stromimpulse die Eigenfrequenz des schwingungsfähigen Feder-Masse-Systemes gewählt wird.
Auf diesen bekannten Stand der Technik aufbauend wird in der eingangs erstgenannten EP 0 118 591 B1 vorgeschlagen, die erregende Frequenz über einem längeren Zeitraum betrachtet zunächst höher als die Resonanzfrequenz des Systems zu wählen und sodann langsam abnehmen zu lassen. Dabei soll diese Frequenzänderung langsam erfolgen, so daß das Hubventil bei Erreichen der Resonanzfrequenz ausreichend lange erregt wird, damit der Anker nacheinander in seine beiden Endlagen schwingen kann.
Ein genereller Nachteil dieses soweit bekannten Standes der Technik ist, daß aufgrund der gegenseitigen Wechselwirkungen zwischen dem elektromagnetischen Teil des Aktuators und dem mechanischen Feder-Masse-System die soweit praktizierte entkoppelte Betrachtungsweise dieser beiden Teilsysteme den wahren Sachverhalt nur relativ ungenau wiedergibt. Bei dieser bisherigen Betrachtungsweise wird nämlich den hochgradig nichtlinearen elektromagnetischen Eigenschaften des Aktuators keine Rechnung getragen. Als Folge hiervon ergeben sich zumeist unnötig viele Anschwingperioden der erregenden Stromimpulse und damit ein überhöhter Leistungsbedarf des elektromagnetischen Aktuators. Besonders krass zeigt sich diese Problematik im Stand der Technik nach der eingangs erstgenannten EP 0 118 591 B1, da gerade die dort vorgeschlagene langsame Veränderung der Erregerfrequenz bewirkt, daß einer schnellen Änderung der Resonanzfrequenz aufgrund nichtlinearer Effekte keine Rechnung getragen werden kann.
Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des bisher üblichen im wesentlichen rechteckförmigen Verlaufes der Wechsel-Spannung über der Zeit eine im wesentlichen sinusförmige oder einer solchen ähnliche Wechsel-Spannung an die Elektro-Magnetspulen angelegt wird, und zwar entweder in Form eines veränderbaren stetigen Spannungsverlaufes oder in Form eines entsprechenden veränderbaren pulsweitenmodulierten Spannungsverlaufs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird der Spannungsverlauf der anregenden, d.h. abwechselnd mit einer bestimmten Frequenz an die beiden Elektromagnetspulen angelegten Wechselspannung gegenüber dem bekannten Stand der Technik verändert bzw. veränderbar gemacht, da hiermit weitere Einflußfaktoren berücksichtigt werden können. Im bekannten Stand der Technik wurde bislang nämlich lediglich ein im wesentlichen rechteckförmiger Verlauf der angelegten Wechsel-Spannung U über der Zeit t realisiert, so wie er beispielhaft in Figur 3 dargestellt ist. Demgegenüber wird mit der vorliegenden Erfindung ein im wesentlichen sinusförmiger oder einem solchen ähnlicher Verlauf der angelegten Wechsel-Spannung U vorgeschlagen so wie er beispielhaft in Figur 2a über der Zeit t dargestellt ist. Dabei kann es sich um einen stetigen Spannungsverlauf (wie Figur 2a) handeln, alternativ aber auch um einen entsprechenden pulsweitenmodulierten, getakteten Spannungsverlauf, so wie er beispielhaft in Figur 2b dargestellt ist, und was im Endergebnis dem Verlauf nach Figur 2a direkt vergleichbar ist. Dabei ist dieser Spannungsverlauf auch veränderbar, so daß für dessen Bestimmung ein realistischeres Modell als bislang üblich verwendet werden kann.
Somit ist es möglich, nicht nur das schwingungsfähige Feder-Masse-System zu betrachten, sondern den gesamten Aktuator, der wie erläutert aus dem mechanischen Feder-Masse-System und dem damit verkoppelten elektromagnetischen Teilsystem besteht. Dieser gesamte Aktuator stellt ein nichtlineares System dar, das nach der Theorie der anharmonischen Schwingungen (vgl. bspw. L.D.Landau und E.M.Lifschitz, Lehrbuch der theoretischen Physik, Band I:Mechanik, Kapitel V, §§ 28,29, S. 103 - 106) typische nichtlineare Effekte aufweist. So ist die Resonanzfrequenz des gesamten Aktuatorsystemes gegenüber der Eigenfrequenz des linearen Feder-Masse-Schwingers verschoben. Ferner hat der Orts- und Geschwindigkeitsverlauf des schwingenden Elementes, hier des Ankers, im allgemeinen keinen exakt sinusförmigen Verlauf. Ferner hängt die Schwingungsfrequenz von der Schwingungsamplitude ab.
Ausgehend hiervon wird nun - wie bereits erläutert - vorgeschlagen, einen elektromagnetischen Aktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 nicht mehr mit periodischen rechteckigen Spannungsimpulsen und auch nicht mehr unbedingt mit der Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systemes anzuregen, sondern ein geeignetes Eingangssignal mit einem dem nichtlinearen Schwingungssystem angepaßten periodischen Verlauf - im wesentlichen einem sinusförmigen oder diesem ähnlichen Verlauf, der veränderbar ist - zum Anschwingen zu benutzen. Die Amplitude oder das Pulsweiten-Tastverhältnis des jeweils gewählten Verlaufes der Wechsel-Spannung ergibt sich dabei aus der Theorie der anharmonischen Schwingungen (und stimmt im allgemeinen nicht mit der Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systemes überein).
Dabei kann Berücksichtigung finden, daß die Frequenz des Gesamtsystemes im allgemeinen von der Schwingungsamplitude abhängt, so daß demzufolge die Frequenz der Wechselspannung in Abhängigkeit von der Schwingungsamplitude des Ankers verändert werden kann.
Weiterhin wurde erkannt, daß die Dämpfung des im gesamten Aktuator enthaltenen Feder-Masse-Schwingers temperaturabhängig sein kann, insbesondere wenn Viskositätseinflüsse eines mit einem Teil des Gesamtsystems in Kontakt kommenden Schmieröls eine Rolle spielen. Hieraus resultiert eine Verschiebung der System-Resonanzfrequenz, was zur Folge hat, daß der elektromagnetische Aktuator bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen mit unterschiedlicher Frequenz angeschwungen werden muß bzw. nur mit unterschiedlicher Frequenz angeschwungen werden kann. Bei der Bestimmung der Frequenz der vorgeschlagenen periodischen, im wesentlichen sinusförmigen Wechselspannung können daher derartige Temperatureinflüsse berücksichtigt werden. Damit wird ein unnötig hoher Energieverbrauch des elektromagnetischen Aktuators vermieden. Beispielsweise bei einem Kaltstart einer mit derartigen elektromagnetischen Aktuatoren ausgestatteten Brennkraftmaschine muß dann nämlich nicht mehr - wie in der eingangs erstgenannten EP 0 118 591 B1 vorgeschlagen - die Erregerfrequenz über eine extrem lange Zeitspanne verringert werden, bis sie sich endlich in der Größenordnung der aufgrund der temperaturabhängig bzw. kältebeeinflußt erhöhten Dämpfung reduzierten Eigenfrequenz des Systems befindet. Vielmehr kann sofort die Wechsel-Spannung mit geeigneter Frequenz an die Elektro-Magnetspulen angelegt werden, wodurch ein schnelles Anschwingen erreicht wird, so daß kein unnötig hoher Energieverbrauch erfolgt.
Schließlich kann mit der veränderbaren, im wesentlichen sinusförmigen oder ähnlichen anregenden Wechsel-Spannung dem folgenden weiteren Gedanken Rechnung getragen werden. Es ist nämlich selbst bei Zugrundelegung des linearen Feder-Masse-Systemes wünschenswert, daß beim Anschwingen mit einem dem schwingungsfähigen System angepaßten periodischen Kraftverlauf erregt wird. Der bereits genannte und in Figur 3 dargestellte bisherige rechteckförmige Verlauf der Wechselspannung besitzt entsprechend einer Fourier-Analyse nämlich einen relativ hohen Oberwellenanteil, so daß insbesondere auch an einem realen Aktuator, der wie bereits erläutert ein stark nichtlineares System darstellt, unter Umständen unerwünschte Oberschwingungen im Aktuator erregt werden, so daß auch hierdurch der Energieverbrauch unnötig hoch ist. Zur Behebung dieser Problematik wird nun vorgeschlagen, die Wellenform oder Sinusform der erregenden Spannung derart zu wählen, daß alleine die Grundschwingung, nicht jedoch eine Oberschwingung des Feder-Masse-Systemes angeregt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich somit insbesondere durch einen geringeren Energieverbrauch und somit einen geringeren Bedarf an elektrischer Leistung aus. Vorteilhafterweise werden zum Anschwingen des Aktuators weniger Amplituden benötigt, wobei noch darauf hingewiesen sei, daß selbstverständlich Details bspw. des tatsächlich verwendeten Aktuators abweichend von der obigen Beschreibung bzw. von der vereinfachten Figurendarstellung sein können, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Anschwingen eines ein Schaltelement, insbesondere ein Brennkraftmaschinen-Hubventil (1) betätigenden elektromagnetischen Aktuators (4), in welchem ein auf das Schaltelement einwirkender Anker (4d) oszillierend zwischen zwei Elektro-Magnetspulen (4a, 4b) jeweils gegen die Kraft zumindest einer Rückstellfeder (2a, 2b) durch alternierende Bestromung der Elektromagnet-Spulen (4a, 4b) bewegt wird, so daß das Schaltelement mit dem Anker (4d) und den Rückstellfedern (2a, 2b) ein schwingungsfähiges Feder-Masse-System darstellt,
    und wobei ausgehend vom Ruhezustand des Systems, in welchem der Anker (4d) von den Rückstellfedern (2a, 2b) im wesentlichen in der Mitte zwischen diesen Magnetspulen (4a, 4b) gehalten wird, zum Anschwingen dieses Feder-Masse-Systemes die Elektro-Magnetspulen (4a, 4b) abwechselnd durch Beaufschlagung mit elektrischer Wechsel-Spannung von bestimmter Frequenz erregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des bisher üblichen im wesentlichen rechteckförmigen Verlaufes der Wechsel-Spannung (U) über der Zeit (t) eine im wesentlichen sinusförmige Wechsel-Spannung (U) an die Elektro-Magnetspulen (4a, 4b) angelegt wird, und zwar entweder in Form eines veränderbaren stetigen Spannungsverlaufes oder in Form eines entsprechenden veränderbaren pulsweitenmodulierten Spannungsverlaufes.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich die Frequenz der Wechsel-Spannung aus der Theorie der anharmonischen Schwingungen ergibt und im allgemeinen nicht mit der Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systemes übereinstimmt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Wechselspannung in Abhängigkeit von der Schwingungsamplitude des Ankers verändert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Frequenz der Wechsel-Spannung eine insbesondere temperaturabhängige Veränderung der Dämpfung des Feder-Masse-Systemes und damit von dessen Resonanzfrequenz berücksichtigt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Sinusform oder Wellenform der Wechsel-Spannung derart gewählt wird, das alleine die Grundschwingung, nicht jedoch eine Oberschwingung des Feder-Masse-Systemes angeregt wird.
EP00121922A 1999-11-12 2000-10-07 Verfahren zum Anschwingen eines elektromagnetischen Aktuators Expired - Lifetime EP1099828B1 (de)

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EP1099828A3 EP1099828A3 (de) 2002-03-27
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